微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器的研制

1、微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器的研制<        摘要：觸發(fā)電路是晶閘管整流器的重要組成部分。利用微機(jī)技術(shù)，采用MCS-8096單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了一種新型的微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器，給出了其硬件和軟件詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方法。    關(guān)鍵詞：晶閘管 數(shù)字觸發(fā)器 單片機(jī) 微機(jī)技術(shù)    晶閘管整流器裝置在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。晶閘管的觸發(fā)控制則是應(yīng)用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，觸發(fā)電路的控制精度與精定性將直接決定主回路的工作性能。晶閘管的觸發(fā)電路，大體上可以分為模擬和數(shù)

2、字兩大類。模擬電路由分立元件組成，體積較大，控制精度較低，很難達(dá)到標(biāo)，現(xiàn)在已很少采用；晶閘管觸發(fā)信號(hào)，本質(zhì)上是一種離散量，可由數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)。目前已有大量的數(shù)字式觸發(fā)器產(chǎn)品問(wèn)世，這些數(shù)字觸發(fā)器大體由過(guò)零檢測(cè)器、計(jì)數(shù)器、脈沖分配器等幾個(gè)部分組成。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)是微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用以單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)數(shù)字式觸發(fā)器，可以大大簡(jiǎn)人硬件電路的組成，并可提高觸發(fā)器的控制精度，其中觸發(fā)角 的分辨率可達(dá)0.1°0.01°，甚至更高。另外由于軟件的可編程性，使微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器的調(diào)節(jié)范圍相當(dāng)靈活，能滿足多方面的需要。    MCS-96系

3、列單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換通道，具有高速輸入口HIS和高速輸出口HSO，對(duì)于脈沖的檢測(cè)和生成極其方便。其中六路并行的高速輸出HSO可以按程序規(guī)定的時(shí)間去觸發(fā)其一事件。當(dāng)HSO的觸發(fā)時(shí)刻在內(nèi)容定址存儲(chǔ)區(qū)CAM中確定以后，規(guī)定的時(shí)間一到，在HSO端口上即可產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，而且觸發(fā)脈沖的上升沿和下降沿產(chǎn)生的時(shí)刻可以同時(shí)設(shè)定。利用HSO的這一特點(diǎn)，能夠很方便地構(gòu)成晶閘管整流器的觸發(fā)電路。    本文以三相全控橋式整流電路為討論的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)觸發(fā)器的硬件和軟件。1 觸發(fā)器的硬件設(shè)計(jì)    微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器的硬件電路主要以MCS-809

4、6為控制核心，包括輸入信號(hào)預(yù)處理電路、同步脈沖產(chǎn)生電路、脈沖的形成與輸出電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展及附屬電路等幾個(gè)部分。硬件框圖如力所示。    1.1 同步脈沖產(chǎn)生電路    在各種晶閘管整流電路中，各晶閘管的觸發(fā)脈沖必須與加在晶閘管上的交流主電源電壓有相對(duì)固定的相位關(guān)系（即各管的觸發(fā)時(shí)刻與主電源電壓的某一個(gè)固定的相位點(diǎn)之間相差一個(gè)控制角 ），對(duì)應(yīng)這一觸發(fā)時(shí)刻的脈沖稱為同步脈沖，完成這一任務(wù)的電路就是同步脈沖產(chǎn)生電路。數(shù)字觸發(fā)器根據(jù)同步脈沖的不同觸發(fā)方式分為絕對(duì)觸發(fā)和相對(duì)觸發(fā)方式。所謂絕對(duì)觸發(fā)方式是指每一觸發(fā)脈沖的形成時(shí)刻

5、均由同步基準(zhǔn)決定，這在三相橋式電路中就需要有六個(gè)同步基準(zhǔn)交流電壓；而相對(duì)觸發(fā)方式僅需一個(gè)同步基準(zhǔn)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖由同步基準(zhǔn)產(chǎn)生后，再以第一個(gè)觸發(fā)脈沖作為下一個(gè)觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)。在三相橋式電路中，兩相鄰觸發(fā)脈沖之間相差60°電角度，但由于電網(wǎng)頻率會(huì)在50Hz附近波動(dòng)，所以必須進(jìn)行電網(wǎng)周期的跟蹤測(cè)量。    同步脈沖電壓可以用相電壓Ua，也可以用線電壓Uac。當(dāng)用線電壓Uac作為同步電壓時(shí)，同步基準(zhǔn)在三相橋式電路中，它的上跳沿正好是 =0° 的基準(zhǔn)；而當(dāng)用相電壓Ua作同步電壓時(shí)就有-30°的相位差。在本裝置的同步脈沖電路中，以線電壓

6、Uac作為同步電壓。電路如圖2所示。線電壓Uac經(jīng)降壓后加至LM339組成的電壓比較器，輸出高、低電平等寬的方波，經(jīng)光電隔離器TIL117及電容、電阻組成的微分電路，形成微分信號(hào)，這個(gè)微分信號(hào)就是同步相位脈沖，其周期為電網(wǎng)的周期。    1.2 觸發(fā)脈沖隔離、驅(qū)動(dòng)與輸出電路    為了防止干擾和滿足晶閘管的門極對(duì)觸發(fā)脈沖功率的要求，由單片機(jī)發(fā)出的觸發(fā)脈沖必須經(jīng)隔離、驅(qū)動(dòng)才能加至晶閘管的門極。此電路由緩沖器、光電隔離器、變壓器等器件組成，如圖3所示。    當(dāng)單片機(jī)8096高速

7、輸出口HSO無(wú)脈沖信號(hào)時(shí)，光電隔離器TIL117截止，三極管BG截止，變壓器無(wú)脈沖輸出；當(dāng)HSO有脈沖信號(hào)時(shí)，光隔TIL117導(dǎo)通，從而使相應(yīng)的三極管BG導(dǎo)通，這樣觸發(fā)脈沖經(jīng)脈沖變壓器T輸出，促使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。    1.3 輸入信號(hào)預(yù)處理電路    輸入信號(hào)預(yù)處理電路的主要作用是產(chǎn)生脈沖移相控制信號(hào)。由于8096具有四路10位A/D轉(zhuǎn)換通道，不需要再外接A/D轉(zhuǎn)換電路。但8096單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)外加控制電壓有一定要求，它只允許0至+5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而實(shí)際的輸入不僅有幅值的有效期異而且有極性的不同，因此設(shè)置輸入信號(hào)預(yù)處理電路。它的任務(wù)主要是判斷輸入信號(hào)的極性，提取輸入信號(hào)的幅值，將外加電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成05V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。    此外，微機(jī)數(shù)字觸發(fā)器電路中，由于8096單片機(jī)具有64kB的尋址空間，        【內(nèi)容導(dǎo)航】         第1